课程设计题目： 多路彩灯控制器

一、设课程设计题目：   多路彩灯控制器                  

二、  计原始资料：  [1]姚福安，电子技术基础课程设计，山东科学技术出版社，2002； [2] 毕满清，电子技术实验与课程设计，北京：机械工业出版社，2005。                                    

三、设计应解决下列各主要问题：

1）12路彩灯；2）亮灭图案8种（如：灯全亮—灯全灭—从左边第一个开始每隔一个亮……左6个亮，右6个亮等）；3）彩灯花样转换间隔时间可调 ；

四、设计说明书应附有下列图纸： 原理图一张                  

                                                            

一 课程设计题目

（1）题目：多路彩灯控制器

（2）实习目的：

1．进一步掌握数字电路课程所学的理论知识。

2．熟悉几种常用集成数字芯片，并掌握其工作原理，进一步学会使用其进行电路设计。

3．了解数字系统设计的基本思想和方法，学会科学分析和解决问题。

4．培养认真严谨的工作作风和实事求是的工作态度。

5．作为课程实验与毕业设计的过度，课程设计为两者提供了一个桥梁。

二 任务和要求

实现彩灯控制的方法很多，如EPROM编程、RAM编程、单板机、单片机等，都可以组成大型彩灯控制系统。因为本次实习要求设计的彩灯路数较少，且花型变换较为简单，故采用移位寄存器型彩灯控制电路。

（1）彩灯控制器设计要求

设计一个8路移存型彩灯控制器，要求：

1. 彩灯实现快慢两种节拍的变换；

2. 8路彩灯能演示三种花型

3. 彩灯用发光二极管LED模拟；

（2）课程设计的总体要求

1．设计电路实现题目要求；

2．电路在功能相当的情况下设计越简单越好；

3. 注意布线，要直角连接，选最短路径，不要相互交叉；

4. 注意用电安全，所加电压不能太高，以免烧坏芯片和面包板。

三 总体方案的选择

（1）总体方案的设计 http://www.hao365day.com

针对题目设计要求，经过分析与思考，拟定以下二种方案：

方案一：总体电路共分三大块。第一块实现花型的演示；第二块实现花型的控制及节拍控制；第三块实现时钟信号的产生。

主体框图如下：

方案二：在方案一的基础上将整体电路分为四块。第一块实现花型的演示；第二块实现花型的控制；第三块实现节拍控制；第四块实现时钟信号的产生。并在部分电路的设计上与方案一采用了完全不同的方法，如花型的控制。

主体框图如下：

（2）总体方案的选择

方案一与方案二最大的不同就在，前者将花型控制与节拍控制两种功能融合在一起，是考虑到只要计数器就可以实现其全部功能的原因，且原理相对简单。这样设计，其优点在于：设计思想比较简单。元件种类使用少，且都较熟悉易于组装电路。缺点则是：中间单元电路连线过于繁多，容易出错。且可能出现线与关系。要避免这些，则势必造成门电路使用过多。导致电路不稳定，抗干扰能力下降。而后者则将以上两种功能分开设计，各单元电路只实现一种功能。其优点在于：电路设计模块化，易于检查电路，对后面的电路组装及电路调试带来方便。缺点则是：节拍控制电路采用可编辑逻辑电路，原理相对复杂，不易理解。花型控制电路简单，花型也比较简单。

基于以上原因，加上为了确保短时间内完成课程设计，我选择了连线少，易于组装和调试的方案二。

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四 单元电路的设计

1.设计所使用的元件及工具：

74LS161（四位二进制同步计数器） ---------------------- 2个；

74LS194（移位寄存器） ------------------------------ 2个；

74LS151（八选一数据选择器） --------------------------- 1个；

74LS74（双D 触发器） ---------------------------------- 1个；

74LS20（双四输入与非门） ---------------------------- 3个；

74LS04（六非门） ------------------------------------ 2个；

发光二极管--------------------------------------------- 8个；

555 ----------------------------------------------- 1个；

电容： 4.7μf ----------------------------------------------1个；

0．01μf ---------------------------------------------1个；

电阻： 150kΩ ------------------------------------------------------------ 1个；

100Ω ----------------------------------------------1个；

4.7kΩ -----------------------------------------1个；

实验板一个；

万用表一个；

钳子一个；

导线若干。

2.各个单元电路

（1）花型演示电路

由二片移位寄存器194级联实现。其八个输出信号端连接八个发光二极管，用其输出信号控制发光二级管的亮灭实现花型演示。

三种花型变换样式

花型1：8路灯分两半。从左至右渐亮，全亮后，再分两半从左至右渐灭。循环两次；

花型2：从中间到两边对称地逐次渐亮，全亮后仍由仔间到两边逐次渐灭。循环两次；

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花型3：从左至右顺次渐亮。全亮后逆序渐灭。循环两次。

移存器输出状态编码表

每种花型完整显示两遍，所以三种花型完全显示一遍需要的总结拍数为64，即1~16显示第一个花型，17~32显示第二个花型，33~64显示第三个花型。

要用194实现三个花型的连续显示必须对两片194的S1、S0和SL、SR一句节拍的变化进行相应的改变。现将两片194分为低位片1和高位片2，再将其输出端从低位到高位记为L1~L8。列出各花型和其对应的194的S1、S0、SL、SR的输入信号及节拍控制信号列表如下：(用^Li表示Li的取非)

经过分析可以得到控制194高低位片的左移右移变化的控制量。用QA~QH表示161从低位到高位的个输出端。

控制结果表达式如下：

电路图如下：

（2）花型控制信号电路

由二片161级联的模128计数器。

161的级联用的是同步，并用^QH清零。

当三种花型全新显示一遍后（总共64拍）161的输出变为所以将161高位片的Q2（即QG）信号输给节拍控制电路的151的A来通过节拍控制电路改变第二遍花型显示的频率。161的CP脉冲来自节拍控制电路中74的输出端Y。

电路图如下：

（3）节拍控制电路

由一片151和一片74级联实现。整体上实现脉冲频率的变换，即交替产生快慢节拍。

令74的Vcc，CLR，PR都接高电平，将^Q的输出接到D端，Q端的输出接到151的D1端。令151的D0D2D3D4D5D6D7BCG’GND接低电平，Vcc接高电平，D0接时钟信号的CP脉冲，A端接由花型控制电路的QG输出。 www.hao365day.com

所以Y端的输出就为：Y=CP·^A+Q·A

(Q是74D触发器的输出端)由D触发器具有记忆功能，记录上一个状态，所以在每一个CP脉冲的上升沿，Q输出为上一次的记录（即一个脉冲）。也就比时钟信号电路的CP脉冲慢了一拍。

所以通过A为0或1选择Y端输出的脉冲的频率。A端接的是161的高位片的QG即当到达第64拍时QG为1接下来的65~128拍为变慢后的脉冲输出。

电路图如下:

（4）时钟信号电路

由一片555加上适当电容及电阻实现。

电容取：4.7μf 0.01μf

电阻取：150 kΩ 4.7 kΩ

时钟信号频率为： f=1/T=1/0.7(R1+R2)c=1hz

电路图如下：

五 总体电路图

六 电路组装完成后，实际测量的各个单元电路的输入、输出信号波形

1．基本CP脉冲产生电路波形图与分频电路波形图

2. 测试波形: (列依次为CP脉冲低位片194ABCD高位片194ABCD)

花型一：

花型二：

花型三：

八 分析和总结。

本次课程实习我虽然用了一个星期的时间就全部做完，但整个过程我都认真的完成了，而且河中收获很多。可以总结为以下的几点：

1，对数字电路知识的巩固与提高

这次课程设计主要是运用数字电路逻辑设计的一些相关知识，整个过程中，离不开对数字电路课程知识的再学习ⅲ我在最开始，就先将实习用到的知识通过翻阅数电书回忆了一遍（这也是对这门课的复习，给以后的复习备考减少了很多负担），这样的回忆让我对知识的理解更加透彻，对后来的快速设计起了很好的铺垫作用。 www.hao365day.com

2，学会了理论联系实际

课程设计，通过选择的题目，根据要求，运用所学知识将其付诸实践来完成。这并不是在课堂上的单纯听懂，或者课后看书过程中的深入理解，这需要的是一种理论联系实践的能力。理论知识往往都是在一些理想状态下的假设论，而实际的动手操作则完全不同，需要考虑实际中的很多问题。有些知识在理论上可能完全没错但到了实际中则不然。比如在动笔做题时我们是不用考虑导线的电阻的，但在实际中，导线电阻有时是会带来时延造成花型变化的错乱，所以我们应尽量在连接电路时选择最短路径。

3，学会了如何运用电路板、芯片、导线等组装各种功能的电路；

4. 课程实习设计是开端，连接是关键，测试是必须。所以实现过程中不仅要求对知识的掌握要足够准确与精通，更要有绝对的耐心与细心。本次设计既巩固了我课堂上学到的理论知识，又掌握了常用集成电路芯片的使用。在此基础上学习了数字系统设计的基本思想和方法，学会了科学地分析实际问题，通过查资料、分析资料及请教老师和同学等多种途径，独立解决问题。同时，也培养了我认真严谨的态度

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